Студенты, обучающиеся по бакалавриату 08.03.01 Строительство, согласно ФГОС ВО 3++ должны быть готовы к решению творческо-междисциплинарных и социально значимых задач в сфере архитектурного проектирования, проектирования конструкций и инженерных сетей. Значимой составляющей общетехнической подготовки бакалавров является геометро-графическая подготовка, в ходе которой для формирования у них умений решения творческих задач (проектов) одним из наиболее продуктивных методов является метод проблемного обучения [1]. Для организации в ходе проблемного обучения межпредметных связей на уровне содержания и средств обучения в геометро-графической подготовке применяются исследовательские задачи (в том числе проектного типа), связывающие несколько дисциплин. При этом в ряде научных трудов также доказано [2], что кроме формирования междисциплинарных знаний, умений, обобщенных способов действия проблемное обучение исследовательского типа способствует формированию у студентов специалитета творческих и самостоятельных способов познания, социально значимых механизмов самоконтроля.
Анализ учебного плана бакалавриата показал, что интеграция общетехнической геометро-графической и профессиональной подготовки возможна на уровне содержания при включении в процесс геометро-графической подготовки такого модуля, как информационное моделирование в строительстве [3, 4]. Освоение студентами содержания данного раздела должно осуществляться в ходе исследовательской деятельности не с применением цифровых CAD-средств, а с применением актуальных комплексных компьютерных средств, позволяющих выполнять не только технические задачи по проектированию элементов архитектуры зданий, но и по проектированию конструкций и инженерных сетей. К таким комплексным компьютерным средствам относятся средства информационного моделирования (ТИМ-средства – Renga, Нанокад и др.). Введение в геометро-графическую подготовку дополнительного модуля позволит усилить междисциплинарные связи с профессиональной инженерной подготовкой и ее актуальность [5].
Однако в ходе исследования психолого-педагогических источников в сфере продуктивности геометро-графической подготовки содержанию и реализации межпредметного исследовательского обучения с применением ТИМ-средств уделено, на наш взгляд, недостаточно внимания. Поэтому вопрос конструирования с учетом специфики архитектурно-строительного вуза межпредметного содержания формирования у будущих бакалавров общепрофессиональных компетенций во взаимосвязи с профессиональными компетенциями в условиях цифровизации ВО остается открытым. Данная проблема свидетельствует об актуальности исследования.
Цель исследования – разработать в рамках подготовки будущих выпускников бакалавриата (направление – 08.03.01 Строительство) содержание междисциплинарного модуля геометро-графической подготовки, информационное моделирование в строительстве, а также привести пример содержания исследовательского междисциплинарного задания (проекта).
Материалы и методы исследования
Для достижения обозначенной цели был проведен анализ следующих документов и теоретических исследований: 1) психолого-педагогические источники в сфере инженерной подготовки; 2) нормативные документы (разных поколений профессиональные стандарты и ФГОС ВО, приказы Минобрнауки РФ, нормативно-технические документы в области информатизации строительного производства). Применены методы педагогического исследования: анализ и обобщение результатов, моделирование, собеседование со специалистами проектных организаций и преподавателями технических вузов.
Результаты исследования и их обсуждение
В ходе анализа содержания учебного плана для направления 08.03.01 Строительство (профиль – Промышленное и гражданское строительство) нами выделены профессиональные дисциплины, которые наиболее взаимосвязаны (на уровне ТИМ-средств) с дисциплиной «Инженерная и компьютерная графика» [6–8]. Выделенные дисциплины, которые направлены на формирование базовых профессиональных компетенций, включают: основы архитектурно-строительного проектирования, металлические конструкции, железобетонные и каменные конструкции, конструкции из дерева, основания и фундаменты, основы проектирования инженерных сетей, организация строительства.
Для увеличения результативности исследовательские задачи на построение информационных моделей перечисленных выше конструкций и арматуры инженерных сетей, решаемые студентами междисциплинарными ТИМ-средствами, на наш взгляд, необходимо и возможно включать в содержание дисциплины «Инженерная и компьютерная графика» уже с младших курсов. В результате часть индикаторов профессиональных компетенций будут формироваться уже в ходе освоения студентами введенного нового модуля геометро-графической подготовки. Содержание разработанного нами междисциплинарного модуля по овладению студентами на лабораторных занятиях и в ходе выполнения графических работ разного уровня сложности инструментами ТИМ-средств приведено в табл. 1 и 2.
Приведем пример содержания междисциплинарного проекта при освоении студентами нового модуля: разработать проектные решения торгового комплекса (АС, ГП). Здания торгового комплекса, размещенные на отведенном под застройку участке, включают: главное здание торгового центра; вспомогательный одноэтажный корпус для размещения складских помещений; автомобильную стоянку; элементы благоустройства.
Технические условия для задания следующие:
1. Объемно-планировочные решения главного здания должны предусматривать не более двух этажей и включать: торговые залы; две стойки администратора; холл для размещения мест отдыха; два кафе быстрого питания; ресторан; два лифта и лестничные марши; два общих санузла на каждом этаже; пути эвакуации.
Таблица 1
Содержание междисциплинарного модуля, введенного в дисциплину «Инженерная и компьютерная графика» (Архитектурные решения)
|
Тема занятия |
Содержание занятий |
|
Структура и настройка среды проектирования |
Пользовательский интерфейс. Шаблоны проекта. Рабочие плоскости. Координационные оси, уровни. Управление параметрами видимости графики (построение планов, фасадов, разрезов, трехмерные видовые точки). Создание групп и сборок |
|
Моделирование архитектурных элементов |
Построение и редактирование ограждающих и несущих конструкций. Размещение и редактирование проемов и типов их заполнения. Установка размерных зависимостей |
|
Системные, загружаемые и контекстные семейства |
Редактирование системных и загружаемых семейств. Формирование и редактирование контекстных семейств. Редактирование типоразмеров конструкций |
|
Концептуальное моделирование формообразующих элементов |
Моделирование и редактирование объемных элементов выдавливания, вращения, перехода, сдвига. Построение по граням формообразующих элементов стен, перекрытий, частей крыши. Спецификация формообразующих элементов |
|
Построение разбивочного плана. Обмен данными |
Построение топографической поверхности. Вставка малых архитектурных форм на топоповерхность. Экспорт/импорт совместимых форматов файлов в существующий проект. Графическая работа («Малоэтажный жилой дом по типовому проекту»). Общий пример |
Таблица 2
Содержание междисциплинарного модуля, введенного в дисциплину «Инженерная и компьютерная графика» (Конструктивные решения, Инженерные сети)
|
Тема занятия |
Содержание занятий |
|
Базовые инструменты моделирования и редактирования несущих конструкций |
Инструменты моделирования металлических и железобетонных конструкций, деревянной стропильной системы. Построение аналитической модели. Совместная работа над проектом |
|
Базовые инструменты моделирования инженерных сетей |
Вставка компонентов внутренних систем водоотведения и водоснабжения. Графическая работа («Здание социального назначения», «Здание промышленного цеха»). Варианты |
|
Визуализация проекта |
Настройка освещенности. Оформление проектной документации (КМ, КЖ, ВВ) |
Во входной зоне размещается лестничный марш и пандус для маломобильных групп. Высота этажа – 5,60 м. Форма крыши – плоская с ограждением. Для увеличения инсоляции геометрическая форма крыши включает «световой фонарь», построенный командами концептуального моделирования [9].
2. Несущая система – каркасная (колонны, балки, перекрытия). Толщина междуэтажных перекрытий устанавливается 220 мм. Колонны и балки принимаются сечением 380х380 мм. Шаг армирования стержнями принять 200 мм. Защитный слой бетона установить 32 мм. Диаметр и класс арматуры принять: для колонн 16 мм 500С; для хомутов 12 мм А500С; для ригелей 12 мм А500С; для монолитных перекрытий 16 мм А500С. Наружные ограждающие стены главного здания – 380 мм из одинарного кирпича, внутренние перегородки – толщиной 120 мм из гипсокартона.
3. Фундаменты – монолитные: под наружные стены – ленточные, под колонны каркаса – стаканного типа. Глубина заложения фундаментов – 1,80 м. Крыша вспомогательного корпуса односкатная, несущая система – стропильная из деревянного бруса (180х180 мм). Несущие стены толщиной в один кирпич.
4. Основной комплект рабочих чертежей графической работы включает [10]:
– титульный лист; лист содержания; рабочие чертежи архитектурно-строительных решений: Видовые точки, 2 Фасада, 2 Разреза, Планы этажей и кровли, Фрагменты 1, 2 многослойной конструкции несущей стены и конструкции перекрытия здания (рис. 1);
– экспликацию помещений, ведомость отделки фасадов, спецификацию типов заполнения оконных и дверных проемов (рис. 2);
Рис. 1. Фрагмент выполнения комплексного проекта ТИМ-средствами (видовые точки главного здания торгового комплекса)
Рис. 2. Фрагмент выполнения комплексного проекта ТИМ-средствами (планы, фасады, разрезы)
Рис. 3. Фрагмент выполнения комплексного проекта ТИМ-средствами (схема армирования, спецификация элементов армирования)
– разрез продольный и поперечный одной колонны с армированием, план армирования одной плиты перекрытия (с заданным шагом, сечением арматуры, классом арматуры и защитным слоем), спецификацию элементов армирования (рис. 3);
– видовую точку 1 на вспомогательный корпус, видовую точку 2 несущей стропильной системы;
– аналитическую модель стропильной системы, 2 узла (врезка диагонального стропила в мауэрлат, врезка стропила в прогон);
– разбивочный план территории с размещением зданий торгового центра, автостоянкой для размещения личного и социального транспорта, малыми архитектурными формами благоустройства территории.
Заключение
Для успешного формирования у студентов профессионально и социально значимых междисциплинарных способностей и навыков самоконтроля в геометро-графическую подготовку необходимо введение дополнительного модуля. Ведущим видом учебной деятельности в ходе изучения нового модуля дисциплины «Инженерная и компьютерная графика» должна стать междисциплинарная исследовательская и проектная деятельность по построению информационных моделей объектов строительства. Содержание междисциплинарных проектов предполагает включение уже с младших курсов в техническое задание деятельности на построение не только информационных моделей элементов архитектуры здания, но также конструкций и элементов инженерных сетей.
В дальнейшем информационная модель здания на средних и старших курсах в ходе освоения взаимосвязанных профессиональных дисциплин должна уточняться и дополняться. Такая интеграция позволит оптимизировать и повысить качество не только геометро-графической подготовки по бакалавриату, но и профессиональной подготовки в целом. Акценты при подготовке бакалавров необходимо устанавливать на практико-ориентированные междисциплинарные цели и отечественный программный инструментарий обучения, что необходимо для обеспечения их конкурентными преимуществами при трудоустройстве в проектные организации, а также для результативности участия в конкурсах и олимпиадах разного уровня.
Продуктивность расширенного содержания геометро-графической подготовки студентов была отмечена преподавателями выпускающих кафедр в ходе защиты дипломов. А именно, отмечается высокое графическое и нормативно-техническое качество оформления проектной документации, оптимальность и точность выполненных расчетов конструктивных решений. Также подтверждением успешности подготовки будущих бакалавров, осуществляемой под нашим руководством, является в течение двух последних лет достижение призовых мест в командном и личном зачете в ТИМ-чемпионате (октябрь 2022 г., ноябрь 2021 г.). Олимпиада ежегодно проходит на базе ФГБОУ ВО СПбГАСУ и охватывает следующий соревновательный комплекс компетенций: архитектор, конструктор, инженер отопления, инженер вентиляции, инженер водоотведения, инженер-сметчик, координатор, инженер по организации строительства. Отметим, что в ТИМ-чемпионате принимало участие 8 федеральных государственных технических университетов страны, ведущих в сфере архитектурно-строительной подготовки студентов.